[发明专利]一种金属铝-水反应制氢的试验系统与方法

说明书

本发明一种金属铝‑水反应制氢的试验系统与方法，系统包括恒温反应系统，集气系统和抽气系统；恒温反应系统包括水浴锅和密封反应器；密封反应器为立式圆筒状，底部置于水浴锅内，顶部通过带小孔的顶盖设有抽气针管，侧壁上连接测量记录装置；集气系统包括集水瓶、冷凝装置、水槽和集气瓶；集气瓶为竖式圆管，顶端封口，底部设呈缩径开口的集气瓶缩径，侧壁上设有刻度线，且集气瓶0刻度线位于上方，内部通过设置的集气管与冷凝装置气体出口连通；集气瓶缩径一侧与水槽内壁固定；冷凝装置底部液体出口连接集水瓶，顶部气体入口通过与抽气针管出口连通，气体出口连接集气管；抽气系统包括抽气泵，通过集气瓶顶端的抽气管与集气瓶内部连通。

技术领域

本发明涉及金属铝燃料储能利用技术领域，具体为一种金属铝-水反应制氢的试验系统与方法。

背景技术

面对化石燃料消耗殆尽的严峻形势，可再生能源的综合利用受到关注。其中，氢燃料具有较高的化学能量，燃烧产物无毒环保，是前景良好的化石燃料替代品。但氢的制取成本较高，通过金属铝-水反应制氢是近年来的研究热点，而且金属铝-水制氢可在需要的时候直接制取，避免了氢的储存和运输安全问题。

国内外很多研究集中于铝粉燃烧在不同气氛中的燃烧特性，如铝粉在空气或者氮气气氛中的反应，对铝粉在水蒸气环境中燃烧的研究较少。铝粉与水反应燃烧主要分为铝粉颗粒的点火过程，如铝粉颗粒的点火机理研究、铝粉燃烧的火焰结构研究等，以及铝-水燃烧过程的研究，如铝-水燃烧特性研究、铝-水燃烧模型研究等。相较于国外的铝-水基燃料研究，国内相关研究起步较晚，但在金属铝-水基燃料的反应方面进行了一系列的探索，如助燃剂浓度对燃烧启动速度的影响，以及金属铝-水反应的热力学特性分析等。

但其存在的问题在于，对于金属铝-水反应制氢过程，铝粉表面有一层致密的氧化膜，且在燃烧过程中易出现高温熔化凝聚，从而堆积燃烧形成结渣，抑制了内部单质铝的氧化反应，造成铝粉不完全燃烧现象，使其燃烧效率降低，不能满足铝粉利用率最大化；而且对于水蒸气存在的湿环境条件，铝水反应产氢量和产氢速度的影响，少有报道。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种金属铝-水反应制氢的试验系统与方法，设计合理，操作简单，效果明显，燃烧完全，燃烧效率较高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种金属铝-水反应制氢的试验系统，包括恒温反应系统，集气系统和抽气系统；

所述恒温反应系统包括水浴锅和密封反应器；所述密封反应器为立式圆筒状，底部置于水浴锅内，顶部通过带小孔的顶盖设置有抽气针管，侧壁上连接有测量记录装置；

所述集气系统包括集水瓶、冷凝装置、水槽和集气瓶；所述集气瓶为竖式圆管，顶端封口，底部设置有呈缩径开口的集气瓶缩径，侧壁上设置有刻度线，且集气瓶0刻度线位于上方，内部通过设置的集气管与冷凝装置的气体出口连通；所述集气瓶缩径的一侧与水槽内壁固定；所述冷凝装置底部的液体出口连接集水瓶，顶部的气体入口通过设置的排气管与抽气针管的出口连通，气体出口连接集气管；

所述抽气系统包括抽气泵，通过集气瓶顶端的抽气管与集气瓶内部连通。

进一步的，所述集气管一端通过集气瓶缩径的底端开口伸入集气瓶内，且与集气瓶轴向平行，出口端高于水槽且位于集气瓶0刻度线以下。

进一步的，所述集气瓶缩径的底端半径为集气管半径的-倍，且集气瓶侧壁与水槽内壁粘合固定。

进一步的，所述冷凝装置由多级冷凝管组成，其气体入口处的排气管上设置有滤尘管；所述滤尘管由装填填充物的竖式管组成，其底部与集水瓶连接；所述滤尘管内的填充物采用石英砂或者石英棉。

进一步的，所述冷凝装置气体出口设置有集气旋钮开关；集气瓶底部的抽气管上设置有抽气旋钮开关。

更进一步的，所述抽气旋钮开关与抽气泵之间还设置有缓冲瓶。